循环流化床锅炉运行控制与事故分析 热能与动力工程毕业论文.docx

学校代码: 学号：10128成人高等教育毕业设计（论文）题 目 循环流化床锅炉运行控制与事故分析学 院 内蒙古工业大学专 业 热能与动力工程班 级姓 名 指导教师 （2013 年 4 月）内蒙古工业大学继续教育学院制设计（论文）题目：循环流化床锅炉运行控制与事故分析毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：循环流化床锅炉运行控制与事故分析 设计（论文）时间： 设计（论文）进行地点： 1、 设计（论文）内容：1、 循环流化床锅炉的工作原理 2、 循环流化床锅炉的结构 3、循环流化床锅炉的燃烧 4、循环流化床锅炉的dcs系统 5、循环流化床锅炉的正常运行与调整 6、循环流化床锅炉的事故分析与处理 2、 设计（论文）的主要技术指标 循环流化床锅炉启停炉的参数 循环流化床锅炉的正常运行指标 热电厂其他工段（汽机、化水、电气）正常运行的指标 循环流化床锅炉正常运行与异常状态的了解 循环流化床锅炉的事故分析与处理 3、 设计（论文）的基本要求1、对专业知识的掌握 2、对循环硫化锅炉系统结构的了解 3、对循环硫化床锅炉dcs系统的学习 4、对锅炉运行调节的设计 5、对其他工段（汽机、化水、电气）的了解 毕业设计（论文）任务书4、应收集的资料及主要参考文献1 路春美，程世庆等编著，循环流化床锅炉设备与运行，北京：中国电力出版社，20082山西省电力工业局编，锅炉设备运行，北京：中国电力出版社，19973刘焕彩，流化床锅炉原理与设计，武汉：华中理工大学出版社，19884林宗虎，魏敦崧等编著，循环流化床锅炉，北京：化学工业出版社，20045俞静涛著，直流调速传动：整流和调节技术的实际应用。北京：煤炭工业出版社，19806拉希德，陈建业，杨德刚编著，电力电子技术手册。北京：机械工业出版社，2004.67王兆安，黄俊主编，电力电子技术。北京：机械工业出版社，20098柳目.谭云松 480 t/h cfb锅炉的运行调节及常见事故处理 期刊论文 -电站系统工程2004(4) 9王昕.郭庆杰.杨海瑞.吕俊复.岳光溪.刘志宏.须田俊之.左藤顺一 高温流化床中ihi灰样的临界流化速度研究 期刊论文 -煤炭转化2003(1) 10杨建华.屈卫东.杨义波 循环流化床锅炉的临界流化风量的测定技术分析 期刊论文 -华中电力2001(11刘强.刘继民.刘林 循环流化床锅炉物料循环系统常见问题及防止措施 期刊论文 -山东科学2003(1) 12杨义波.魏兆龙.杨建华.屈卫东 循环流化床锅炉运行状况分析与完善 期刊论文 -华中电力2001进度安排及完成情况序号设计（论文）各阶段任务日 期完成情况1收集材料写提纲 月 日 月 日2完成第一稿 月 日 月 日3完成第二稿 月 日 月 日4完成定稿 月 日 月 日5 月 日 月 日6 月 日 月 日学生签名： 指导教师签名： 系主任签名： 年 月 日 循环流化床锅炉运行控制与事故分析摘要本文介绍电厂循环流化床锅炉设备和基本工作原理、特点。还有循环流化床的构造。工业锅炉是采暖供热系统的核心设备，它的主要任务是安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，生产出满足需要的蒸汽或热水。 循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。 并分析了循环流化床锅炉的运行状态要靠相应的措施来维持其运行的相对稳定。在运行过程中，要综合控制水位、汽温、汽压、床温、床压、燃烧等等来保持锅炉的运行稳定，并注意排污，这样才能提高锅炉运行的安全性和可靠性。关键词： 循环流化床 汽温 dcs操作 燃烧系统 abstractthis paper introduces the power plant circulating fluidized bed boiler equipment and basic working principle, characteristics. there are circulating fluidized bed structure. industrial boiler is heating system core equipment, its main task is safe and reliable, economic and effective fuel chemical energy into heat, so as to transfer heat energy to the water, and production to meet the needs of the steam or hot water.circulating fluid bed boilers consists of two parts . the first part is made up of the hearth , gas-fluid material separator , solid material recycling device , as well as outlaid heatexchanger (absent in some boilers ) , all of which compose a solid material circulation loop . the second part is the convecton pass , equipped with superheater , reheater , economizer and preheater , which are similar to other common boilers .and analysis of the circulating fluidized bed boiler operation condition on the corresponding measures to maintain the relative stability. in the process of operation, to control the water level, temperature, pressure, bed temperature, bed pressure, combustion and so on to maintain the stable operation of boiler, and attention to sewage, so as to improve the safety and reliability of boiler operation.key words： recirculating fluidized bed steam temperature dsc operating combustion system目 录第一章 绪论第二章 循环流化床锅炉的概况 2.1 流化床锅炉的研究与应用 2.2 循环流化床锅炉的特点 2.3 循环流化床锅炉主要优缺点第三章 循环流化床锅炉的工作原理 3.1 循环流化床锅炉工艺流程图 3.2 循环流化床锅的系统组成 3.3 循环流化床锅炉的工作原理第四章 循环流化床锅炉的结构 4.1 循环流化床锅炉的结构4.2 循环流化床锅炉本体、风烟系统及汽水流程的介绍4.2.1 炉膛 4.2.2 布风装置 4.2.3 飞灰分离器 4.2.4 飞灰回送装置 4.2.5 排渣装置 4.2.6 尾部受热面 4.2.7 汽水流程 4.2.8 烟风系统第五章 循环流化床锅炉的燃烧5.1 循环流化床锅炉燃烧控制的方案设计5.1.1 总体方案5.1.2 循环流化床锅炉燃烧控制方案5.2 循环流化床锅炉燃烧控制系统的任务5.3 煤在循环流化床锅炉内的燃烧过程5.3.1 循环流化床锅炉内的燃烧5.3.2 循环流化床锅炉内的燃料要求5.3.3 循环流化床锅炉燃料的特性5.3.4 循环流化床锅炉的脱硫与氮氧化物的排放控制第六章 循环流化床锅炉的dcs系统 6.1 循环流化床锅炉燃烧的dcs控制系统6.1.1 dcs燃料反馈的燃烧系统6.1.2 dcs给粉机转速反馈的燃料控制系统6.1.3 dcs送风控制系统6.1.4 dcs引风控制系统第七章 锅炉的正常运行7.1 锅炉正常运行中的检查工作7.2 锅炉运行指标7.3 锅炉运行中的监视目的第八章 锅炉运行中调整 8.1 锅炉调整的任务 8.2 主要运行规范 8.3 锅炉运行中的调节 8.3.1 锅炉燃烧的调整 8.3.2 锅炉汽包水位的调整： 8.3.3 锅炉出力的调整： 8.3.4 蒸汽温度的调整： 8.3.5 蒸汽压力的调整：8.3.6 床温的调整： 8.3.7 料层差压的调整： 8.3.8 锅炉排污8.3.9 nox、so2排放浓度调节第九章 锅炉事故分析与处理9.1 锅炉燃烧异常 9.1.1 锅炉结焦9.1.2 锅炉熄火9.1.3 返料器堵塞9.1.4 排渣管堵塞9.1.5 给煤机故障9.1.6 烟道内可燃物二次燃烧9.2 锅炉水位异常9.2.1 锅炉满水9.2.2 锅炉缺水9.2.3 水位不明9.2.4 汽水共腾9.3 锅炉承压部位损坏9.3.1 水冷壁损坏9.3.2 省煤器管损坏9.3.3 过热器管损坏9.3.4 减温器损坏9.3.5 蒸汽及给水管道损坏9.3.6 锅炉管道水冲击9.4 电气系统故障9.4.1 骤减负荷9.4.2 锅炉厂用电中断9.5 辅助设备的故障9.5.1 风机故障9.6 紧急情况下的事故处理9.6.1 故障停炉9.6.2 汽包水位计损坏9.6.3 立即停止风机运行的突发情况结束语致谢辞参考文献第一章 绪论锅炉是电厂重要的机组之一。锅炉是将煤炭、石油或天然气等所储存的化学能转化为水或蒸汽的热能的重要动力设备。高温水或蒸汽的热能可以直接应用在生活和生产中 ,为房屋采暖、空气调节、纺织、化工、造纸等工业应用 ,也可以转化为其他形势的能 ,如电能、机械能等。随着水和蒸汽的热能应用范围日益扩大 ,随着市场经济体制不断发展和完善, 节能的经济效益越来越被人们重视。向锅炉要经济效益和社会效益是全社会一个重要工作。锅炉又是具有爆炸危险的特种设备，锅炉设备能否安全，经济运行直接关系着整个机组的安全性和经济性；锅炉的安全运行对保障人民生命财产安全，维护社会稳定，具有重要意义；因此调节好锅炉运行是重中之重的事情。但是随着锅炉大量的投产与长时间的应用，许多电厂发生了严重的锅炉事故。为了减少人生伤害及经济损失，研究与分析锅炉事故刻不容缓。同时，锅炉事故分析与处理也是电厂热能动力工程个一个重要的研究课题，对锅炉事故的分析与对策的探索、对锅炉事故的预防和锅炉改进有着重要意义。第二章 循环流化床锅炉的概况2.1 流化床锅炉的研究与应用流化床燃烧技术的研究最早可追溯到1921年，当时fritz winkler建立了一个小型流化床燃烧试验台，用于流态化技术的试验研究；60年代第一台常规流化床锅炉投入运行，由于常规流化床锅炉飞灰大未完全燃烧损失较大，燃烧效率不高，于是能够收集飞灰进行再循环燃烧的循环流化床技术便应运而生。 新一代的循环流化床真正得到应用始于七十年代末八十年代初。1979年，芬兰奥斯龙（ahlsltrom）公司开发的世界首台20t/h商用循环流化床锅炉投入运行，随后，1982年，德国鲁奇（lurgi）公司开发的世界上首台用于产汽与供热的循环流化床（84mwth）建成投运。至此，循环流化床技术开始迅速发展。2009年，即发展到460mw超临界参数锅炉。可见这种技术的巨大经济效益、环保效益，以及各国政府对此项技术的重视。 我国对循环流化床锅炉的研究方面，虽然起步较晚，但政府高度重视，所以，发展非常迅速。1987年，中科院工程热物理所与原开封锅炉厂联合，生产出中国第一台循环流化床锅炉，并在原开封中药厂（现在的天地药业）投入运行，取得了循环流化床锅炉在中国零的突破。20多年后的今天，该台锅炉还在稳定运行，对该企业的发展起到了巨大的推动作用。1987年之后，几乎所有与热工程有关的科研院校，如清华大学、浙江大学、华中理工大学、西安交通大学和西安热工研究院等，都投入到循环流化床锅炉额研发当中，各锅炉制造厂先后开发出20t/h、35t/h、65t/h、75t/h、130t/h及220t/h等中、小型循环流化床锅炉，通过多年的发展，我国在中、小型循环流化床技术方面已经相当成熟。并相继开发出具有自主知识产权的100mw、135mw、150mw及200mw等级的循环流化床锅炉，并在全国范围内大量投运。从中可以看出，循环流化床锅炉，是中国锅炉行业的循环流化床趋势，其他类型的锅炉，必将被循环流化床锅炉所取代。2.2 流化床锅炉的特点 炉膛底部是大量的炽热灰粒和煤粒混合物，燃烧所需空气经炉膛底部的布风板均匀进入流化床，在流化床中气流上升速度约为25m/s,气流将大部分粒子托起，成沸腾状，粒子上下运动，掺混非常强烈，这种现象被称流化。煤由给媒机送入炉膛，刚进入炉膛的煤粒很快就与床温床料混合，是煤粒迅速加热，干燥着火燃烧。在流化床内平均停留十几几十分钟后有放渣口排出炉膛。由于流化床容量大，掺混强烈，粒子停留时间长等因素，流化床锅炉不但能燃高热之煤，而且其他炉型（如链条炉、煤粉炉）不能燃烧的低热值、低挥发分、高灰分的劣质燃料。如劣质烟煤、无烟煤、煤石、油页石、造汽炉渣也能在流化床锅炉内稳定燃烧。流化床锅炉还有环保方面的优点，通过向炉内添加石灰石或白云石能大大降低烟气中的二氧化硫，方法简便、经济、高效地解决了高硫造成的大气污染问题。而一般的链条锅炉、煤粉炉的尾气脱硫技术费用昂贵，难于推广，几乎不可能用于中小型的工业锅炉。流化床锅炉的燃烧温度9001000，较链条锅炉、煤粉炉都低，抑制了nox的生成，烟气中nox含量少，有利于保护环境。我国用于烧劣质煤的沸腾炉以有上千台，但他们都是属于鼓泡床技术，对于这种鼓泡床锅炉，由于较大的上升烟气速度将相当多的未燃尽细小煤粒带出炉膛，造成燃烧效率下，烟气含量大，特别是燃烧高灰分的劣质燃料是更为严重。因为绝大多数的煤粒是在煤粒是在流化床中燃烧放热，在流化床中设置了大量的埋管受热面，物料的强烈冲刷使埋管磨损相当严重，一般只能使用六个月左右，炉子的可靠性差。另外，风机的电耗高，向大型化发展困难，脱硫剂利用率低等使得它被局限于烧煤石、炉渣等劣质燃料的场合。外循环流化床燃烧技术是国际上八十年代初发展起来的锅炉燃烧技术，它不仅具有鼓泡床流化燃烧的技术特点，而且具有更新的技术优势，该技术一出现就以其特有的特点，受到国内有关部门和专家的关注，被认为是锅炉燃烧技术领域的一次革命，其显著特点有：（1） 燃料适应性广在外循环流化床锅炉中按重量计，燃料进展床料的13，其余的是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣，循环流化床锅炉的特殊流体动力特性，使得气固和固固混合非常好，因此燃料进入炉膛后很快与大量床料混合，燃料被迅加热之高于着火温度，而同时床温没有明显降低。只要燃料的热值大于加热燃料本身和燃料所需的空气至着火温度所需的热量，上述优点就可以使得外循环流化床锅炉不许辅助燃料而燃用任何燃料。外循环流化床锅炉即可以燃用优质煤，也可以燃用链条锅炉不能燃烧的各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥、以及油页石。（2） 燃烧效率高循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉、链条锅炉高，燃烧效率通常在97.599.5范围内，可与煤粉炉相比媲美，循环流化床锅炉能在较宽范围内保持较高的燃烧效率，甚至燃用细分含量高的燃料时也是如此，而鼓泡流化锅炉、链条锅炉则不可能有此优点。（3） 有效脱硫循环流化床锅炉的脱硫效率比鼓泡床流化床锅炉更加有效，典型的循环流化床锅炉达到90脱硫效率时所需的脱硫剂化学当量比为1.52.5，鼓泡流化床锅炉达到90脱硫效率时则需要脱硫剂化学当量比为2.53，甚至更高。有时即使钙硫比再高，也不能达到90的脱硫效率。因此，无论是脱硫剂的利用率还是二氧化硫的脱除率，循环流化床锅炉流化床锅炉优越，链条锅炉不可能在炉内进行脱硫。（4） 氧化物排放低氮氧化物排放是外循环流化锅炉另一个非常吸引人的特点。实践表明，外循环流化床锅炉的氮氧化物排放在50150ppm。外循环流化床锅炉nox排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成nox,二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为nox，并使已生成的nox得到还原，鼓泡（内循环）流化床锅炉、链条锅炉无此特点。（5） 燃烧强度高，炉膛截面小炉膛单位截面积的热负荷高是外循环流化床锅炉的主要特点之一，循环流化床锅炉的截面热负荷约为3.54.5mw/m2 ,接近或高于煤粉炉，同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比外循环流化锅炉达23倍。（6） 给煤点少循环流化床锅炉的截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少，如热功率为100mw的循环流化床锅炉只需一个给煤点，而相同容量的鼓泡流化床锅炉则需2030给煤点。（7） 燃料与处理系统简单循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于12mm，因此与煤粉炉相比，燃料的制备系统大为简单。此外，循环流化床锅炉能直接用高水分煤（水分的达30以上），当燃用高水分煤时也不需要专门的处理系统。（8） 易于实现灰渣的综合利用循环流化床锅炉燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣燃烧充分，因此含碳量极低，易于灰渣的综合利用，可做水泥搀合料和建筑材料。（9） 负荷调节范围大当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不必像鼓泡流化床炉那样采用分床压火技术。一般而言，外循环流化床锅炉的负荷调节比可达1：4，而链条锅炉、鼓泡流化床锅炉的负荷调节仅为70，此外，由于截面风速和吸热控制容易，循环流化床锅炉的负荷调节速度也快，一般可达每分钟5。（10） 床内不布置埋管受热面 循环流化床的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，同时可长时间压火。（11） 故障率低、运行周期长 循环流化床锅炉本体范围内设有两台螺旋给煤机，避免了链条锅炉设备故障而经常造成停炉的缺陷。此外，外循环流化床锅炉具有故障率低、运行周期长的特点。（12） 司炉工劳动强度大 由于循环流化床锅炉的燃烧方式为循环流化燃烧，司炉工仅看仪表就可进行控制，调解。而链条锅炉则需不断通过关火门观察燃烧状况，并且还要不时的用火钩、火耙搂火，因此司炉工的劳动强度大、工作环境恶劣。2.3 流化床锅炉主要优缺点（1) 对燃料的适应性好 只要所用燃料的热值足以把燃料和空气升温到稳定燃烧所需温度，该燃料就能在cfbb中稳定燃烧。当燃料热值大于cfbb所需最低热值时，可以通过改变一、二次风量分配和返料量来控制炉床的吸热份额，从而达到稳定运行的要求。cfbb既能烧高挥发份及高热值的优质煤，也能烧高灰份、低热值的劣质煤，甚至还可以烧煤矸石及垃圾。(2) 燃烧效率高 常规工业锅炉和普通流化床锅炉燃烧效率不高，仅为8590。循环流化床锅炉由于采用飞灰再循环燃烧，其锅炉燃烧效率可达9599。燃烧劣质煤时，燃烧效率比煤粉炉高5%。（3） 燃烧热强度高 采用飞灰再循环燃烧，提高了锅炉的炉膛截面热强度和容积热负荷。常规流化床锅炉的截面热强度和炉膛容积热强度分别为13mw/m2和0.10.2mw/m3，而cfbb的截面热强度和炉膛容积热强度分别为38mw/m2和0.160.32mw/m3，大约是煤粉炉的10倍。(4) 脱硫效果好 由于石灰石脱硫的最佳反应温度在850左右，而cfbb炉床温度一般控制在850900之间，加上飞灰再循环可进一步提高脱硫效率，故当ca/s为1.52.0时，cfbb脱硫率可达到85%90%。(5) nox排放量低 由于cfbb采取分段低温燃烧方式，炉膛温度一般控制在800900之间，nox生成量明显减少，排放浓度一般为100200ppm，远低于常规煤粉炉排放量500600ppm。(6)负荷调节性能好 锅炉需要改变负荷时，可通过调节给煤量、一次风量、二次风量、流化风速及返料量来实现。一般情况下，cfbb热负荷变化范围为25100，其变化速率可达到510/min；同样，cfbb也存在一些缺点，主要有：（1） 风机电耗大 返料所需高压风机的风压大，电耗高。（2） 热惯性大 高温旋风分离器和返料装置具有笨重的耐火材料内砌体，冷热惯性大，给机组快速启停带来困难。（3） 漏灰严重由于cfbb炉内采用微正压燃烧，高温旋风分离器也采用局部正压，因此漏灰严重。第三章 循环流化床锅炉的工作原理3.1 循环流化床锅炉工艺流程图图3-1循环流化床锅炉工艺流程图典型循环流化床锅炉流程如图3-1所示，其基本流程为：煤和脱硫剂进入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内的布置的其他受热面放热。粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器、和空气预热器，经除尘器排至大气。3.2 循环流化床锅的系统组成尽管循环流化床锅炉结构形式多种多样，但其系统组成也基本相同，图3-1和图3-3为典型的循环流化床锅炉系统图。循环流化床锅炉由布风装置、密相区、稀相区、炉内受热面、气固物料分离装置、固体物料再循环装置(返料装置)、尾部受热面及床外热交换器等部分组成。煤和石灰石通过给料装置送入炉膛内，与从布风板下部送入的一次空气和从炉膛中上部送入的二次空气进行燃烧反应。燃烧产物及颗粒较小的未燃物质随气流携带进入气固分离装置，颗粒较大的未燃物质则在床层上面上、下运动，与床料一起成沸腾状态，构成循环流化床锅炉的密相区。密相区上面的炉膛空间即为稀相区。炉膛排出的气固混合物经上部烟道进入气固分离装置，经分离装置分离后的气体进入尾部烟道。分离器出来的固体物质有的经返料装置直接进入炉膛再次燃烧，有的还要经过床外换热器冷却后再进入炉膛进行燃烧，以达到调节床温的目的。循环流化床锅炉炉堂内一般都布置炉内受热面，以吸收燃料燃烧所释放的热量。为了进一步吸收烟气热量及降低排烟温度，与煤粉炉一样，循环流化床锅炉尾部布置有过热器、省煤器及空气预热器等尾部受热面。另外，有的循环流化床锅炉还设置有床外热交换器。3.3 循环流化床锅炉的工作原理 图3-3循环硫化床锅炉工作原理图循环流化床燃煤锅炉基于循环流态化的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃烧为重要特征。炉膛内的颗粒物料处于携带速度和气力输送状态之间的流化区间，烟气速度大大高于鼓泡流化床，没有鼓泡流化床那样清晰的床层上表面，气泡不再存在，同时具有湍流流化和快速流化的特征，固体颗粒充满整个炉膛，处于悬浮并强烈掺混的燃烧方式。但与常规煤粉炉中发生的单纯悬浮燃烧过程比较，颗粒在循环流化床炉膛内的浓度远大于煤粉炉，但小于鼓泡流化床，并且存在显著的颗粒成团和床料的颗粒回混，颗粒与气体间的相对速度大，这一点显然与基于气力输送方式的煤粉悬浮燃烧过程完全不同。经过预热的一次风（流化风）通过风室由炉膛底部穿过布风板送入炉膛，炉膛内的固体处于快速流化状态，燃料在充满整个炉膛的惰性床料中燃烧；炉膛下部为颗粒浓度较大的密相区，上部为颗粒浓度较小的稀相区；较细小的颗粒被气流夹带飞出炉膛，并由飞灰分离装置收集，经回料管和反料器送回炉膛循环燃烧；燃料在燃烧系统内完成燃烧和高温烟气向管内工质的热量传递过程。烟气和未被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟道，继续与受热面进行对流换热，最后排出锅炉。循环流化床锅炉炉内高速流动的烟气与其携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，燃料的燃烧过程发生在整个固体循环通道内。在这种燃烧方式下，燃烧室内，尤其是密相区的温度水平受到燃煤过程中的高温结渣和最佳脱硫温度的限制，必须维持在850左右。尽管温度较低，但由于炉内颗粒的浓度较大，炉内受热面的传热条件优于常规的煤粉锅炉。由于采用高温固体颗粒物料的循环燃烧方式，炉内温度分布十分均匀，炉内的热容量很大，因此循环流化床锅炉对燃料的适应性优于常规煤粉锅炉，燃烧效率也基本相当。第四章 循环流化床锅炉的结构4.1 循环流化床锅炉的结构图4-1 循环流化床锅炉的结构图1- 风室 2-给煤机 3-燃烧室 4-主蒸汽出口集箱 5-过热器 6-蒸发管束 7-旋风分离器 8-省煤器 9-上部对流管束烟道 10- u型回料阀 11- 一、二次风口 12-空气预热器4.2 循环流化床锅炉本体、风烟系统及汽水流程的介绍4.2.1 炉膛 截面为矩形，其宽度一般为深度的2倍以上，下部为一倒锥型结构，底部为布风板。下部区域为密相区，颗粒浓度较大，是燃料发生着火和燃烧的主要区域，此区域的壁面上敷设耐热耐磨材料，并设置循环飞灰返料口、给煤口、排渣口等。上部为稀相区，颗粒浓度较小，壁面上主要布置水冷壁受热面，通常在炉膛上部空间布置屏式过热器，炉膛内维持微正压。一次风经床底的布风板送入床层内，二次风口布置在密相区和稀相区之间。炉膛出口布置飞灰分离器，烟气中90以上的飞灰被分离下来，然后烟气进入尾部对流受热面。 给煤经过机械或气力输送的方式送入炉膛，脱硫用的石灰石颗粒经单独的给料管采用气力输送的方式，或与给煤一起送入炉内，燃烧形成的灰渣经过布风板上的排渣口排出炉外。4.2.2 布风装置 布风装置由布风板、一次风室及风帽组成。一次风经过空气预热器加热后进入一次风室，然后通过布风板上的小孔和风帽进入炉床上面，与给煤及返料混合、燃烧。床料以布风板为支撑，一次风通过布风板对床料、燃料及石灰石产生向上的推动力，建立流化状态，使床料、燃料、石灰石在床层上强烈掺混，进行剧烈的燃烧及传热过程。另外，一次风还提供燃料初期燃烧所需的空气。布风装置是循环流化床锅炉的重要组成部分。流化状态的建立、流化质量的好坏及燃烧工况稳定与否都与布风装置的结构有很大关系。4.2.3 飞灰分离器飞灰分离器是保证循环流化床锅炉物料可靠循环的关键部件之一，布置在炉膛出口的烟气通道上。它将炉膛出口烟气携带的固体颗粒（灰粒、未燃尽的焦炭颗粒和未完全反应的脱硫吸收剂颗粒等）中的90以上分离下来，再经过返料器送回炉膛进行循环燃烧，分离器性能的好坏直接影响燃烧与脱硫效率。分离器主要包括：旋风分离器、u型槽（槽型钢）分离器、百叶窗分离器、方形分离器等。其中旋风分离器应用最广、性能也最可靠。4.2.4 飞灰回送装置 通常称返料器，主要作用是将分离下来的灰由压力较低的分离器出口输送到压力较高的炉膛，并防止炉膛的烟气反窜进入分离器。目前均采用基于气固两相输送原理的返料装置，相当于一个小型鼓泡流化床。固体颗粒由分离器料腿进入返料器，返料风将固体颗粒流化并经返料管溢流进入炉膛。比较成熟的返料阀有h型阀、v型阀和j型阀。4.2.5 排渣装置 经冷渣器冷却的灰渣温度为150，回收了余热，节约能量。cfbb正常运行时要求维持一定的床层厚度。床层太厚不利于燃料进入流化状态，同时也加大了送风电耗。相反，床层太薄又容易把床料及燃料吹跑，无法形成床层。cfbb是通过排渣装置来控制床层厚度的，床层增厚加大排渣，床层减薄则减少排渣量。4.2.6 尾部受热面 cfb正常运行时要求维持一定的床层厚度。床层太厚不利于燃料进入流化状态，同时也加大了送风电耗。相反，床层太薄又容易把床料及燃料吹跑，无法形成床层。cfb是通过排渣装置来控制床层厚度的，床层增厚加大排渣，床层减薄则减少排渣量。4.2.7 汽水流程锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器、锅筒、水冷系统、汽冷式旋风分离器进口烟道、汽冷式旋风分离器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器及连接管道。主要汽水流程为: 锅炉给水给水操作台省煤器锅筒下降管水冷壁(水冷屏) 锅筒汽冷式旋风分离器烟道的上集箱汽冷式旋风分离器烟道的下集箱汽冷式旋风分离器下集箱汽冷式旋风分离器上集箱尾部竖井前包墙上集箱两侧包墙集箱后包墙集箱低过进口集箱低过出口集箱一级减温器屏式过热器进口集箱屏式过热器出口集箱二级减温器高温过热器进口集箱高温过热器出口集箱汽机4.2.8 烟风系统循环流化床锅炉物料的循环是依靠送风机和引风机提供的动能来启动和维持的。从一次风机出来的空气分成三路送入炉膛：第一路，经一次风空气预热器加热后的热风进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流；第二路，热风用于炉前气力播煤；第三路，一部分未经预热的冷一次风作为给煤皮带的密封用风。从二次风机鼓出的二次风经预热后直接经炉膛上部的二次风箱分级送入炉膛。烟气及其携带的固体颗粒离开炉膛，通过布置在水冷壁后墙上的分离器进口烟道进入旋风分离器，在分离器里绝大部分物料颗粒从烟气流中分离出来，另一部分烟气流则通过旋风分离器中心筒引出，由分离器出口烟道引至尾部竖井烟道，从前包墙上部的烟气进入并向下流动，冲刷布置其中的水平对流受热面管组，将热量传递给受热面，而后烟气流经管式空气预热器进入除尘器，最后，由引风机抽进烟囱，排入大气。“j”阀回料器共配备有三台高压头的罗茨风机，每台风机出力为50%，正常运行时，其中两台运行一台备用。风机为定容式，因此回料风量的调节是通过旁路将多余的空气送入一次风第一路风道内而完成的。锅炉采用平衡通风，压力平衡点位于炉膛出口。第五章 循环流化床锅炉的燃烧随着经济的发展，现代化工业生产对能源的需求量大量增长，由此也导致了环境污染日益严重。如何解决能源、减少环境污染，是当今世界各国人民面临的难题。 燃煤是当今人类获得能源的主要手段之一，如发电、供热。而燃煤设备排出的烟气、粉尘是大气污染的主要来源之一，若能尽量减少烟气中有害物质的成分排放量，将有助于降低环境污染。 同时随着煤量的大量利用、煤质越来越差，对高灰分煤、高硫煤、高氮煤、低热值煤的综合利用，是目前解决能源问题的主要方面之一。 循环流化床锅炉(circulating fluidized bed boiler, cfbb)采用低温分段燃烧，可以有效降低nox的生成量；同时，通过向cfbb床内加入脱硫剂，cfbb烟气中so2的含量也大大降低；再有，cfbb的物料分离设备及返料设备使固体物料返回炉膛，从而加强了燃烧对燃料的适应性等特点。因此，cfbb是解决能源、污染问题的主要手段之一。自问世以来世界国家对cfbb非常重视并大力推广，在工业锅炉（电站锅炉、供热锅炉等）领域得到了广泛应用。循环流化床燃烧方式由流化床燃烧方式发展而来，流化床燃烧是介于层燃燃烧和煤粉燃烧之间的一种燃烧方式。层燃燃烧燃烧效率低，煤粉燃烧燃烧效率高，但排放物有害物质含量高。流化床燃烧克服了二者的缺点，保留了它们的优点，是一种洁净高效的燃烧方式。5.1循环流化床锅炉燃烧控制的方案设计5.1.1 总体方案图1-2就是所设计的循环流化床锅炉燃烧控制系统总结构。在现场运行中我们发现，炉膛负压主要受引凤和一次风的影响，而其它量对它的影响都比较小，因此可以把引凤回路设计为以炉膛负压为主控参数、带风前馈的单回路控制系统。根据对燃烧系统的运行分析，在负荷变化时，应及时调节给煤量保证蒸汽压力的稳定，对炉膛温度主要采取调节送风量来控制，利用一次风调节温度的快速性防止床内结构或者灭火。但是，为了保持炉膛内气固两相良好地运行，保证锅炉燃烧的经济性，还必须使炉膛内氧量的变化紧跟媒量的变化。这样，设计的一次风控制回路应包括两个方面，一方面维持炉膛内最佳风煤比；另一方面以炉膛温度作为校正量，在炉膛温度偏差大于一定的范围是产生调节，使炉膛温度快速趋向给定值。给煤量的变化最终也将影响炉膛温度变化，因此，设计给煤回路时也必须考虑两个方面，一方面以蒸汽压力作为主控参数进行调节，保证负荷稳定；另一方面在炉膛温度偏差超出允许的范围时相应的做出调整，保证锅炉安全运行。总的来说设计燃料系统的目的就是要在炉膛温度允许的变化范围内保证蒸汽压力的稳定。5.1.2 循环流化床燃烧控制方案（1）床温控制从燃烧反应动力学的角度看，cfb锅炉内燃烧反应控制在动力燃烧区或者过渡区内相对来说温度不高，并有大量的固体颗粒的强烈混合，因而其燃烧速率主要取决于化学反应速度，也就是取决于温度水平，换言之，床温水平是控制燃烧速率的主导因素，这是床温控制的重要性的理论依据。影响床温的主要因素有：煤种、煤量、一、二次风量、返料量和灰渣排放量等。因而床温控制是一个典型的多变量控制回路。如果床温偏移差大且经调整无效，应限制锅炉负荷并处理床温。床温正常后再重新带负荷。炉膛内要有效抑制nox的生成和达到最佳脱硫效果，就必须将床温控制在一定的低温范围内(根据煤种和主机厂推荐值确定)。研究指出，脱硫的最佳温度是850950。同时，由于采用了分级送风低温燃烧方式，其生产量随温度的上升而急剧下降，因此，一般运行温度控制以安全运行范围内略高为宜。根据清华大学和中国科学院的传热研究，cfb锅炉中，粒子粒度小，浓度高，床温高，传热增强；气流表观速度对cfb锅炉的传热无明显作用，但是作为吸热介质，风量对床温有明显影响。虽然给煤量、循环灰量也影响床温，但是其作用不独立；风量是一个独立调节床温特别密相区温度的变量。在循环倍率和煤种一定的情况下，主要调节风量，控制床温。一般情况采用：1） 调节一、二次风控制炉膛内氧的浓度，使炉膛燃烧稳定在一定的温度范围内。2）调节返料量（可以调节循环灰量）大小以控制床温。床温控制也可通过床料的粒径分布的调整而实现。调整床料的粒径分布调整炉膛上部和下部的压差比，是通过改变进入炉膛的煤、床料、石灰石的粒径来实现的，有冷灰器的cfb锅炉也可通过冷灰器的运行来调整床料粒径分布。具有烟气再循环系统的cfb锅炉中，通过改变再循环烟气量 （类似于调整一、二次风比例）可以调节床温，这种影响在负荷较低时作用更加明显。在不同的负荷水平下床温控制亦有不同的特点。在低负荷时，风量、煤量均小，床温容易控制，可以长期保持在某一温度线上；在高负荷时，由于一、二次风调节裕量变小，煤对床温调节作用增加，实际运行中表现为，燃用高热值、低挥发份煤时，床温水平较高，排渣量明显减少；燃用低热值煤时，床温水平低，排渣量明显增加。一般情况下，当床温高时可适当地减少给煤量，经过一段时间的延迟后，床温将下降；当床温低时适当地增加给煤量。用给煤量调整床温，必须注意此时系统的动态响应具有较大的延迟。鉴于床温控制的非线性特性以及床温在cfb锅炉安全稳定运行中的重要性，采用常规的控制策略难以奏效，为此考虑采用如图1智能控制系统，以增强控制系统的鲁棒性和实用性。其中一些主要规则描述如下：1） 当负荷稳定，床温偏差较小时，通过调整一、二次风比例控制床温；2） 当负荷稳定，床温偏差较大时，通过调整返料量控制床温；3） 当负荷稳定，床温偏差更大时，通过调整给煤量控制床温；4） 低负荷时，主要依靠调整一、二次风比例控制床温；5） 高负荷时，主要依靠调整给煤量和返料量控制床温，此时风量的调 节裕量较小；6） 变负荷时，主要依靠调整返料量控制床温，此时风量和给煤量主要随负荷变化，只能在小范围内调整以适应床温。在实际运行中，将根据实际运行状况对上述控制策略进行调整。根据cfb锅炉的实际运行情况，有可能并不需要三种控制方法，例如仅利用改变一、二次风比例已将床温控制在运行需要的温度范围内。5.2 循环流化床锅炉燃烧控制系统的任务由于循环流化床锅炉工作过程的特殊性，使得对它的控制比对其他锅炉要复杂，尤其是在燃烧系统的控制上，它不仅对负荷剂炉膛负压进行控制，而且还要对炉膛温度进行控制。由于床温是影响ca/s、nox以及co排放量的最主要因素，因而要求其炉膛温度必须保持在850左右，而且循环流化床锅炉工作在沸腾状态，如温度过高（超过1100），易引起物料结焦，如过低则因其炉膛灭火，所以，对炉膛温度的控制是非常重要的。在具体的操作上，燃烧控制系统可分为三个回路：给煤、送风和引凤。由于在调解过程中，送风对炉膛温度的调节要比给煤调节快，因此对炉膛温度这个大滞后对象主要采用送风来进行控制，而采用给煤控制来适应负荷变化。但是，在调节负荷时，改变给煤量也将直接影响炉膛温度，而在调节床温时，改变送风量也将改变气流速度，改变炉内的传热系数，从而影响到负荷。因而，给煤与送风是两个耦合非常紧密的回路，在控制中必须协调好。 可看出，其燃烧系统是一个复杂的三输入三输出对象，而且各控制量之间存在着紧密的耦合关系，如图3-2所示。图5-2 各控制量之间的关系5.3 煤在循环流化床内的燃烧过程5.3.1 循环流化床锅炉内的燃烧 煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧，最后是焦碳的燃烧。其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发分析出燃烧过程与焦炭燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。 循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相区，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的燃烧只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，而煤粒在10秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在08mm），所以对床温的影响很小。5.3.2 循环流化床锅炉内的燃料要求流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，在临界的着火粒径，小于这个粒径直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，溢出炉膛。5.3.3 循环流化床锅炉燃料的特性煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒